Protótipo de um microgerador termoelétrico de estado sólido: cogeração a gás

The thermoelectric energy conversion can be performed directly on generators without moving parts, using the principle of SEEBECK effect, obtained in junctions of drivers' thermocouples and most recently in semiconductor junctions type p-n which have increased efficiency of conversion. When termogenerators are exposed to the temperature difference (thermal gradient) eletromotriz a force is generated inducing the appearance of an electric current in the circuit. Thus, it is possible to convert the heat of combustion of a gas through a burner in power, being a thermoelectric generator. The development of infrared burners, using porous ceramic plate, is possible to improve the efficiency of heating, and reduce harmful emissions such as CO, CO2, NOx, etc.. In recent years the meliorate of thermoelectric modules semiconductor (TEG's) has stimulated the development of devices generating and recovery of thermal irreversibility of thermal machines and processes, improving energy efficiency and exergy these systems, especially processes that enable the cogeneration of energy. This work is based on the construction and evaluation of a prototype in a pilot scale, for energy generation to specific applications. The unit uses a fuel gas (LPG) as a primary energy source. The prototype consists of a porous plate burner infrared, an adapter to the module generator, a set of semiconductor modules purchased from Hi-Z Inc. and a heat exchanger to be used as cold source. The prototype was mounted on a test bench, using a system of acquisition of temperature, a system of application of load and instrumentation to assess its functioning and performance. The prototype had an efficiency of chemical conversion of 0.31% for electrical and heat recovery for cogeneration of about 33.2%, resulting in an overall efficiency of 33.51%. The efficiency of energy exergy next shows that the use of primary energy to useful fuel was satisfactory, although the proposed mechanism has also has a low performance due to underuse of the area heated by the small number of modules, as well as a thermal gradient below the ideal informed by the manufacturer, and other factors. The test methodology adopted proved to be suitable for evaluating the prototype

A conversão termoelétrica da energia pode ser realizada diretamente em geradores sem partes móveis, que utilizam o princípio do efeito SEEBECK, obtido em junções de condutores termopares e mais recentemente nas junções semicondutoras tipo p-n que apresentam maior eficiência de conversão. Quando os termogeradores são expostos a uma diferença de temperatura (gradiente térmico), uma força eletromotriz é gerada induzindo o surgimento de uma corrente elétrica no circuito. Desta forma, é possível converter em energia térmica a energia térmica da combustão de um gás através de um queimador, constituindo-se em um Gerador Termoelétrico. O desenvolvimento de queimadores infravermelhos, utilizando placa cerâmica porosa, tem possibilitado melhorar a eficiência dos processos de aquecimento, além de reduzir as emissões nocivas como CO, NOx, etc. Nos últimos anos, o aperfeiçoamento de módulos semicondutivos termoelétricos (TEG´s) tem estimulado o desenvolvimento de dispositivos geradores e de aproveitamento de irreversibilidades térmicas de máquinas térmicas e processos, melhorando a eficiência energética e exergética desses sistemas, principalmente de processos que permitem a cogeração de energia. O presente trabalho está baseado na construção e avaliação de um protótipo, em escala piloto, para geração de energia visando aplicações específicas. A unidade utiliza gás combustível (GLP) como fonte primária de energia. O protótipo é composto de um queimador infravermelho de placas porosas, um adaptador para o módulo gerador, um conjunto de módulos semicondutores adquiridos da Hi-Z Inc. e um trocador de calor para ser utilizado como fonte fria. O protótipo foi montado em uma bancada de testes, utilizando um sistema de aquisição de temperatura, um sistema de aplicação de carga e instrumentação para avaliar o seu funcionamento e desempenho. O protótipo apresentou uma eficiência de conversão química para elétrica de 0,31% e aproveitamento térmico de cogeração da ordem de 33,2%, resultando numa eficiência global de 33,51%. A eficiência exergética próxima da energética mostra que o aproveitamento útil da energia primária do combustível foi satisfatório, embora o dispositivo proposto tenha apresentado, ainda, um baixo desempenho devido a subutilização da área aquecida pelo número reduzido de módulos, como também, um gradiente térmico abaixo do ideal informado pelo fabricante, além de outros fatores. A metodologia de ensaio adotada mostrou-se adequada para avaliação do protótipo